第1章电路的基本概念与基本定律完

1、2022-4-291电工与电子技术电工与电子技术主讲：主讲： 韩素敏韩素敏电气学院电工电子教研室电气学院电工电子教研室2022-4-292课程性质课程性质电气学院电气学院电气工程及其电气工程及其自动化自动化电子信息科电子信息科学与技术学与技术电子信息技电子信息技术与仪器术与仪器电子信息电子信息工程工程自动化自动化电气电气电气、信息类（一本招生）电气、信息类（一本招生）电信电信电仪电仪电科电科2022-4-293考试：考试：平时成绩：平时成绩：30%（作业、考勤、实验作业、考勤、实验）期末成绩：期末成绩：70%提高效率提高效率 学会学习学会学习 学会总结学会总结2022-4-2942 2 为什么

2、收音机调台旋钮调节时可以收到不同电台的信号？为什么收音机调台旋钮调节时可以收到不同电台的信号？ 3 3 为什么经常开、关灯时容易出现灯坏掉的情况为什么经常开、关灯时容易出现灯坏掉的情况1 1 日常生活用电的是三相四线制吗？为什么？日常生活用电的是三相四线制吗？为什么？4 4 为什么话筒可以使声音清晰得变大为什么话筒可以使声音清晰得变大5 5 为什么红绿灯会自动每一秒减少一并显示出来的为什么红绿灯会自动每一秒减少一并显示出来的7 7 投票表决器（少数服从多数）是怎么实现的投票表决器（少数服从多数）是怎么实现的6 6 经常看到的抢答器是怎么实现的经常看到的抢答器是怎么实现的为什么？为什么？2022

3、-4-295微波防盗报警器微波防盗报警器 2022-4-296电路理论电路理论实际电路实际电路电路模型电路模型电气特性电气特性电路分析电路分析电路综合电路综合（设计）（设计）2022-4-2972022-4-2982022-4-299放放大大器器扬声器扬声器话筒话筒 实际电路是由电气设备按预期目标连接构成实际电路是由电气设备按预期目标连接构成的电流通路。的电流通路。发电机发电机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器电灯电灯电动机电动机生产线生产线.输电线输电线远距离输电示意图远距离输电示意图2022-4-2910由激励在电路中所产生的电由激励在电路中所产生的电压和电流称为响应。压和电流称为响

4、应。电源或信号源都称为电源电源或信号源都称为电源对一定刺激所引起的发应。对一定刺激所引起的发应。激励源（激励）激励源（激励）唤起能量的原因唤起能量的原因响应响应电源电源（source）电压、电流电压、电流输入（信号）输入（信号）输出（信号）输出（信号）2022-4-2911实际电路作用各异、结构复杂实际电路作用各异、结构复杂 由理想电路元件构成的模型，用于分析计算由理想电路元件构成的模型，用于分析计算的电路图形的电路图形理想化、理想化、抽象化抽象化电路模型电路模型R+R0E-灯灯泡泡开关开关电电池池导线导线S2022-4-2912理想电路元件：理想电路元件：电阻元件：表示消耗电能的元件电阻元件

5、：表示消耗电能的元件电感元件：表示产生磁场电感元件：表示产生磁场，储存磁场能量的元件储存磁场能量的元件电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件电容元件：表示产生电场，储存电场能量的元件电压源和电流源：提供电压、电流的元件电压源和电流源：提供电压、电流的元件一种确定电磁性质一种确定电磁性质2022-4-2913l 具有相同主要电磁性能的实际电路部件，具有相同主要电磁性能的实际电路部件， 在一在一定条件下可用同一电路模型表示。定条件下可用同一电路模型表示。l 同一实际电路部件在不同的条件下，其电路模型同一实际电路部件在不同的条件下，其电路模型可以不同可以不同电感线圈的电路模型电感线圈的电路模型注

6、意数学建模的过程数学建模的过程2022-4-29141.电流的参考方向电流的参考方向2.电压的参考方向电压的参考方向3.电压、电流的参考方向的关联性电压、电流的参考方向的关联性2022-4-2915单位时间内通过导体横截面的电荷量单位时间内通过导体横截面的电荷量电流：电流：tqtidd)(def kA 、A、mA、A1.1.电流的参考方向电流的参考方向正电荷移动的方向为电流的实际方向正电荷移动的方向为电流的实际方向电流实际方向有两种可能电流实际方向有两种可能: : ABAB主要物理量：主要物理量：电压电压u、电流、电流i、电荷、电荷q、电能量、电能量W、电功率电功率p、磁通、磁通电路变量电路变

7、量2022-4-2916REIE1ABRE2IR电流方向电流方向AB？电流方向电流方向BA？+us(t)电流参考方向电流参考方向任意假定一个方向为电流的方向，这个方任意假定一个方向为电流的方向，这个方向称为电流的参考方向。向称为电流的参考方向。i 参考方向参考方向AB i 参考方向参考方向ABi 0i 0,一致一致i 0参考方向参考方向u+实际方向实际方向+电压降电压降2022-4-2920引入参考方向后引入参考方向后表明电压电压( (代数量代数量) ) 值：大小值：大小符号：方向符号：方向u0,一致一致u0 吸收正功率吸收正功率 ( (实际吸收实际吸收) )p0 发出正功率发出正功率 ( (

8、实际发出实际发出) )p0，确实发出功率，起电源作用，确实发出功率，起电源作用p0，实际吸收功率，起负载作用，实际吸收功率，起负载作用+ius2022-4-2968其输出电流总能保持定值或一定的其输出电流总能保持定值或一定的时间函数，其值与它的两端电压时间函数，其值与它的两端电压u 无关的元件叫理想电流源。无关的元件叫理想电流源。 电路符号电路符号 定义定义 理想电流源的特点理想电流源的特点 输出电流由本身决定，与外电路无关。输出电流由本身决定，与外电路无关。2)理想电流源理想电流源uis+2022-4-2969 两端的电压由电源及外电路共同决定两端的电压由电源及外电路共同决定电流源的伏安电流

9、源的伏安关系关系例例外电路外电路sRiu 0 u 0 i电流源不能开路！电流源不能开路！ui0siu+Ris0 R R2022-4-2970例例下面答案哪个正确：下面答案哪个正确：A 当当 R时时，U1 B 当当 R时时，U2 C 当 R时时，U3不变不变210A+U1+U2R+U32A2022-4-2971例例计算图示电路各元件的功率计算图示电路各元件的功率解解W10522A PW1025V5 P发出、电源发出、电源吸收、负载吸收、负载满足满足：P（发）（发）P（吸）（吸）2A5V+_2022-4-2972实际电源实际电源干电池钮扣电池干电池和钮扣电池（化学电源）干电池和钮扣电池（化学电源）

10、 干电池电动势干电池电动势1.5V，仅取决于（糊状）化学材料，其大，仅取决于（糊状）化学材料，其大小决定储存的能量，化学反应不可逆。小决定储存的能量，化学反应不可逆。钮扣电池电动势钮扣电池电动势1.35V V，用固体化学材料，化学反应不可逆。，用固体化学材料，化学反应不可逆。2022-4-2973 氢氧燃料电池示意图 燃料电池（化学电源）燃料电池（化学电源） 电池电动势电池电动势1.23V。以氢、氧作为燃料。约。以氢、氧作为燃料。约40-45%的化学能的化学能转变为电能。实验阶段加燃料可继续工作。转变为电能。实验阶段加燃料可继续工作。 2022-4-2974太阳能电池（光能电源）太阳能电池（光

11、能电源） 一块太阳能电池电动势一块太阳能电池电动势0.6V。太阳光照射到。太阳光照射到P-N结上，结上，形成一个从形成一个从N区流向区流向P区的电流。约区的电流。约 11%的光能转变为电的光能转变为电能，故常用太阳能电池板。能，故常用太阳能电池板。 一个一个50cm2太阳能电池的电动势太阳能电池的电动势0.6V,电流电流0.1A 太阳能电池示意图太阳能电池板太阳能电池板2022-4-2975蓄电池示意图蓄电池（化学电源）蓄电池（化学电源） 电池电动势电池电动势2V。使用时，电池放电，当电解液浓度小。使用时，电池放电，当电解液浓度小于一定值时，电动势低于于一定值时，电动势低于2V，常要充电，化学

12、反应可逆。，常要充电，化学反应可逆。2022-4-2976发电机组发电机组2022-4-2977直流稳压源直流稳压源函数发生器函数发生器2022-4-29785.受控源（非独立源）受控源（非独立源） 电路符号电路符号受控电压源受控电压源定义定义受控电流源受控电流源电压或电流不是给定的时间函数，而是受电压或电流不是给定的时间函数，而是受电路中某处的电压电路中某处的电压( (或电流或电流) )控制的电源，控制的电源，称受控（电）源。称受控（电）源。被控量被控量控制量控制量+2022-4-2979 u1b b i1 i1+_ i2+_ u2 电流控制的电流源电流控制的电流源 ( CCCS )b b

13、: : 电流放大倍数电流放大倍数 根据控制量和被控制量是电压根据控制量和被控制量是电压u 或电流或电流i，受控源，受控源可分可分四种类型：四种类型：分类分类四端元件四端元件12 iib b 输出：受控部分输出：受控部分输入：控制部分输入：控制部分b b i1 i12022-4-2980gu1+_u1 u1+_ u1+_g: 转移电导转移电导 电压控制的电流源电压控制的电流源 ( ( VCCS ) ) 电压控制的电压源电压控制的电压源 ( ( VCVS ) ) : 电压放大倍数电压放大倍数 2022-4-2981 i1ri1+_ 电流控制的电压源电流控制的电压源 ( ( CCVS ) )r :

14、转移电阻转移电阻 例例bcii b b 电路电路模型模型bicib b ib ib2022-4-29821k1k10V0.5I+_UI+_2022-4-29832.电压控制电流源（VCCS）+_场效应管放大器电路场效应管的符号uiRg1Rg2GiGSSDDGiDRDEc电压控制电流源电压控制电流源 VCCS. VCCS. 2022-4-29843.电流控制电压源（CCVS）+_直流发电机示意图直流发电机的电路模型IfIfRIf+_u+_u电流控制电压源电流控制电压源 CCVSCCVS2022-4-29854.电压控制电压源（VCVS）+_8+_R2R1au1bu2+_u1ba112u)RR1(

15、 由运放构成的比例器12111221)1(RRuuRRu 电压控制电压源电压控制电压源 VCVS.VCVS.2022-4-2986受控源与独立源的比较受控源与独立源的比较 独立源是给定的、独立的，而受控源由控制独立源是给定的、独立的，而受控源由控制量决定。量决定。 独立源起独立源起“激励激励”作用，而受控源是反映电路作用，而受控源是反映电路中某处的电压或电流对另一处的中某处的电压或电流对另一处的电压或电流电压或电流的的控制关系。相同点：发出功率，处理方法基本一样。相同点：发出功率，处理方法基本一样。不同点：不同点：2022-4-29871.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 2.基尔霍夫电流定律（基

16、尔霍夫电流定律（KCL）3.基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVL）1.几个名词几个名词2022-4-29881.6 基尔霍夫定律基尔霍夫定律 分析电路的基本依据 两类约束拓扑约束 连接关系的约束元件约束 元件性质的约束（VCR）基尔霍夫电流定律（KCL）基尔霍夫电压定律（KVL）比如 欧姆定律2022-4-2989流过同一电流的分支。流过同一电流的分支。流过支路的电流，称为流过支路的电流，称为支路电流支路电流。支路两端的电压，称为支路两端的电压，称为支路电压支路电压。支路的连接点。支路的连接点。由支路组成的闭合路径。由支路组成的闭合路径。电路中的自然孔（内部不含支路的回路）。电路中的自然

17、孔（内部不含支路的回路）。I1I2I3ba E2R2 R3R1E11.几个名词几个名词支路：支路：结点：结点：回路：回路：网孔：网孔：122022-4-29902022-4-29912基尔霍夫电流定律（基尔霍夫电流定律（KCL)1i5i4i3i2i054321 iiiii令流出为令流出为“+ +”，有：，有： 任一时刻，对任一结点，所有支路电流的任一时刻，对任一结点，所有支路电流的代数和代数和为零。为零。 mti1b0)( 出出入入iior 流进流进之和之和等于等于流出流出之和之和54321iiiii 2022-4-29920641 iii0542 iii0653 iii三式相加得：三式相加得

18、：0321 iiiKCL可推广应用于电路中包围多个结点可推广应用于电路中包围多个结点的任一闭合面。的任一闭合面。表明表明实质：电荷守恒和电流连续性实质：电荷守恒和电流连续性 5i6i4i1i3i2i2022-4-2993例：已知：例：已知：A1 . 01 iA2 . 02 iA3 . 03 iA5 . 05 i求求6i解解04321 iiii0654 iiiA7 . 06 ii2i1i3i4i5i6A2 . 04 i2022-4-2994要点回顾要点回顾:理想电压源理想电压源电压是给定的，与外电路无关电压是给定的，与外电路无关电流由外电路决定电流由外电路决定理想电流源理想电流源电流是给定的，与

19、外电路无关电流是给定的，与外电路无关电压由外电路决定电压由外电路决定受控电源受控电源 4类类受控源与独受控源与独立源比较立源比较 mti1b0)( 出出入入iior KCL2022-4-29953.基尔霍夫电压定律（基尔霍夫电压定律（KVL) 任一时刻，沿任一回路，所有支路电压的任一时刻，沿任一回路，所有支路电压的代数和代数和恒恒等于零。等于零。U4U3U1U2I1I4I3I2 标定电压参考方向标定电压参考方向 选定回路绕行方向选定回路绕行方向 mtu1b0)(U1+U2+U3+U4= 0U2+U3+U4=U1 或：或： 升升降降uu电压参考方向和回路绕行电压参考方向和回路绕行方向一致取方向一

20、致取“+”+”2022-4-2996例例 如图所示电路，已知如图所示电路，已知u1=u3=1V，u2=4V，u4=u5=2V，求，求ux。+ux+u5+u6+u1+u4+u2+u3解：解：对对回路有：回路有：03621 uuuu对对回路有：回路有：0546 xuuuuV6 54321 uuuuuuxxuuuuuu 31542 KVL的实质：电压与路径无关（能量守恒）的实质：电压与路径无关（能量守恒）ab2022-4-2997s21UUUUba 推广：KVL也适用于电也适用于电路中任一假想的回路（路中任一假想的回路（不完全回路）不完全回路）aUsb_- -+U2U1I = ？I = 0例例120

21、22-4-2998A5)2(3 iV1552010 u例例2求电流求电流 i解解例例3解解求电压求电压 uA3A2 ? i51433 ? u+_+_V5V10V202022-4-2999 543 iV1275 u例例4求电流求电流 i例例5求电压求电压 u解解解解+- -4V5Vi =?3 +- - -4V5V1A+- -u =?3 A3 i5134 u2022-4-2910010V-10V+- - -1AI =?10 0)10(10101 I解解A21 IA31211 II例例6求电流求电流 I例例7求电压求电压 U解解A7310 I024 IUV1041442 IU011 III14V+- -10AU =?2 +- -3AI2022-4-29101KCL、KVL小结：小结：KCL是对支路电流的线性约束，KVL是对支路电压的线性约束。KCL、KVL与元件性质及参数无关。KCL表明电荷守恒；KVL表明能量守恒(电压与路径无关)。2022-4-29102第一章小结参考方向参考方向参考方向的关联性参考方向的关联性电功率的计算、吸收发出的判断电功率的计算、吸收发出的判断参考方向定义参考方向定义理想电路元件理想电路元件电阻、电容、电感的电阻、电容、电感的VCR 电压源：电压与外电路无关，电流取决电压源：电压与外电路无关，电流取决 于外电路